考虑尺寸效应的MEMS微梁非线性自由振动研究

摘要

将功能梯度材料应用于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)可进一步满足MEMS系统在热环境下的工作性能要求.本文基于冯卡门几何非线性理论,综合考虑静电力、温度变化和分子间作用力的影响,对功能梯度MEMS典型微梁结构的热-机-电耦合非线性自由振动问题进行深入研究,特别考虑了温度变化对材料等效物性参数的影响.基于最小势能原理导出非线性控制方程,并采用微分求积法((Differential Quardrature Method,DQM)将其转化为代数方程组进行迭代求解.参数分析表明微尺度下的尺寸效应、功能梯度材料梯度参数、温度变化、几何参数和分子间作用力对MEMS微梁结构非线性自由振动具有显著的影响.